Sulu çözeltilerden amoksisilin adsorpsiyonuna yönelik amin fonksiyonel silika aerojel sentezi ve karakterizasyonu

Abstract

Son yıllarda kontrolsüz antibiyotik salınımının neden olduğu su kirliliği sucul yaşam için ciddi bir tehdit haline geldiğinden, bu çalışmada, yüksek eko toksisiteye sahip β-lactam sınıfı bir antibiyotik olan amoksisilin moleküllerini sudan uzaklaştırmak için amin işlevsel silika aerojel bir adsorban geliştirilmiştir. Geliştirilen adsorban maliyet ve enerji yoğun sentez yöntemleri kullanılmadan, herhangi bir katalizör ilavesi olmaksızın, tekaşamalı basit bir sol-jel yöntemiyle ortam koşullarında üretilmiştir. Aerojelin amin işlevselliği üç fonksiyonlu bir aminosilan olan 3-Aminopropiltrimetoksisilan’ın sol-jel sistemine eş-jelleşme yaklaşımı izlenerek dahil edilmesiyle sağlanmıştır. Sentezlenen aerojelin fizikokimyasal ve mikroyapısal özellikleri IR-spektrofotometri, taramalı elektron mikroskopisi (SEM) ve N2 porozimetre analizleri ile açığa çıkarılmıştır. Karakterizasyon bulguları silika yüzeyindeki amin işlevselliğini kanıtlamış ve üretilen aerojelin son derece düşük yoğunluğa (ρ=0.17 g/cm3 ), yüksek gözenekliliğe (φ=88%) ve gelişmiş bir mezogözenekli yapıya sahip olduğunu göstermiştir. Aerojelin adsorpsiyon özellikleri kesikli-sorpsiyon deneyleriyle incelenmiştir. Sonuçlar denge ve kinetik verilerin sırasıyla Langmuir ve sözde-ikinci mertebe kinetik modellerine uygunluk gösterdiğini doğrulamıştır. Optimum işletme koşullarda (Ci=100 ppm, mads/Vsoln=1, pH=6) denge kapasitesi 55.7 mg/g olarak kaydedilmiştir. Sentezlenen aerojel aynı zamanda en az beş döngü boyunca tekrarlanabilir kullanıma uygunluk göstermiştir. Gelişmiş silika ağ yapısının eşlik ettiği zengin amin fonksiyonelliği, üretilen adsorbanın rekabetçi bir adsorpsiyon performansına sahip olmasını sağlamıştır.

Since water pollution caused by uncontrolled antibiotic release has become a serious threat to aquatic life in recent years, in this study, an amine-functional silica aerogel adsorbent was developed to remove amoxicillin molecules, a β-lactam class antibiotic with high ecotoxicity, from water. The developed adsorbent was synthesized under ambient conditions by a simple one-step sol-gel method without using costly and energyintensive synthesis methods and without any catalyst addition. The amine functionality of the aerogel was achieved by incorporating 3-Aminopropyltrimethoxysilane, a trifunctional aminosilane, into the sol-gel system following a co-gelation approach. The physicochemical and microstructural properties of the aerogel were revealed by IR-spectrophotometry, scanning electron microscopy and N2 porosimetry analyses. Characterization findings proved the amine functionality on the silica surface and showed that the produced aerogel had extremely low density (ρ=0.17 g/cm3 ), high porosity (φ=88%) and a well-developed mesoporous structure. The adsorption properties of the aerogel were investigated by batch-sorption experiments. The results confirmed that the equilibrium and kinetic data fit the Langmuir and pseudo-second-order kinetic models, respectively. Under optimum operating conditions (Ci=100 ppm, mads/Vsoln=1, pH=6) the equilibrium capacity was recorded as 55.7 mg/g. The synthesized aerogel also demonstrated good regenerative properties for at least five cycles.